| 标题 | 现代纹影技术研究进展概述① |
| 范文 | 白赫，刘思鹏，董雷 [摘 ? ? ? ? ? 要] ?以紋影技术为基础，对纹影技术的产生与发展进行了简要介绍，说明传统纹影技术与背景纹影技术的区别，并介绍了纹影技术在工程中的应用与理论研究，最后总结了纹影技术的特点，提出彩色纹影在流场测量中的可能性。 [关 ? ?键 ? 词] ?纹影技术;传统纹影;背景纹影;彩色纹影 [中图分类号] ?TH744.3 ? ? ? ? ? ? ?[文献标志码] ?A ? ? ? ? ? ? [文章编号] ?2096-0603（2018）27-0022-01 一、纹影技术的产生与发展 （一）传统纹影技术 传统纹影技术以盖斯定律为基础，利用光的折射率梯度与气体密度成正比，且待测气体密度也可反映其温度、压力和成分分布等多种性质，通过观察光的折射情况对流场分布进行非接触测量。这种测量方法在1884年由Toepler首次提出，发展至今已有黑白纹影、彩色纹影、干涉纹影等多种测量系统。 按照光纤通过流场的方式不同，可将传统纹影仪分成平行光纹影仪和锥形光纹影仪。由于锥形纹影仪中的测量光线会反复进过流场，形成实验误差进而造成图像失真，所以在实际测量中多采用平行光纹影仪。根据平行光纹影仪的不同结构可分为透射式和反射式纹影仪。由于透射式纹影仪需采用曲率较大的透镜，且对相差要求比较严苛，给加工和实验带来一定的困难。反射式纹影仪主要用于定性观察，通常采用干涉的方式将定性观察上升为定量分析。 （二）背景纹影技术 随着对流场分布定量测量技术的发展和需求，Meier GEA等人经过长期实验和理论分析后，利用粒子示踪技术（PIV）和纹影技术实现了高速气体流场分布的定量测量。较传统纹影仪而言，背景纹影技术测量精度更高，且对光学器件的精密性要求大幅 降低，操作相对简便。2003年，H Richard和Meier等人结合工程实例，从理论和实验两个方面说明了背景文印技术的原理及其正确性，随后，Erik Goldhahn等人结合流场分布的特点，将背景纹影技术推广到三维流场分布，结合实验测量的结果与理论计算，通过计算机模拟的方式，绘制了流场的三维分布;在风洞和射流研究方面，Michael等人结合滤波技术对使用自然背景的可能性提出了理论研究与实验分析。 二、纹影技术在相关领域中的应用 （一）纹影技术在测量火焰中的应用 纹影技术在测量燃烧过程中有着广泛的应用，对火焰锋面 的显示来说，纹影技术是一种相对安全的非接触测量手段。由于火焰锋面不同位置处，周围空气密度分布不同，结合盖斯定律，通过拍摄纹影照片并分析火焰锋面不同位置的照度，可定量分 析出反应物与周围空气混合及气团燃烧情况。在国内，东南大学张欣刚博士利用纹影技术研究了燃烧室预混燃烧的不稳定性，实验采用高速摄像机记录了火焰的运动，结合燃烧学的理论知 识验证了燃烧产生的自激振荡时，压力振动频率与热释放频率 的一致性。杨艺和陈元迪等人结合分形理论，并以纹影技术为基础，采用高速摄像的方式，分析了氢气和空气定容燃烧室内预混燃烧的过程。 （二）纹影技术在超声场应的应用 陆彦邑等人采用纹影技术，根据水中声波与光波作用的规 律，使用Zernike技术获得超声场在液体中分布的理论模型，再 通过与纹影系统获得的超声聚焦实时图像比较，建立了超声换 能器的空间声压分布;胡斌等人使用纹影技术观察了声光介质内 部声压分布，且可观察到晶体内部折射率周期性分布图像，计算超声波在晶体内的传播速率。 三、纹影技术的主要特点 纹影技术是一种非接触法光学测量法，尤其在燃烧和热质传递、超声波声场等相关领域研究中凸显了其操作的简便性与测量的准确性。随着现代数码技术的发展，背景纹影技术的准确性进一步提升，高像素照片为迭代窗口提供了更准确的分辨率。此外，彩色纹影技术也在国内外相关研究中有所体现。总体来讲，纹影技术实现了对流场分布的实验研究，将传统的理论分析上升为可观察、可测量的具有视觉性的新领域。 参考文献： [1]李桂春.风洞试验光学测量方法[M].国防工业出版社， 2008. [2]Meier G E A. New optical tools for fluid mechanics[J].Sad-hana，1998，23（5-6）：557-567. [3]Venkatakrishnan L， Meier G E A. Density measurements u-sing the Background Oriented Schlieren technique[J].Experiments in Fluids，2004，37（2）：237-247. [4]Richard H， Raffel M. Principle and applications of the back- ground oriented schlieren（BOS）method[J].Measurement Scie-nce & Technology，2001，12（2001）：1576-1585. |
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